El reto de hacer un túnel bajo el Támesis

Dime, lector, ¿alguna vez has hecho un agujero en la arena de la playa en verano? Los inicios pintan bien, cuando colocamos la mano como una pala excavadora y retiramos las primeras capas de arena. Tras varias brazadas, sin embargo, y con un agujero algo profundo, observamos cómo el agua se filtra por los laterales, inundando nuestra perforación. Pero persistimos frente a los vecinos de toalla.

Al llegar a la altura del codo, las paredes empiezan a ceder y a caer al fondo, y el terreno donde estamos apoyados cede. Ahora estamos sentados sobre un bonito cráter que crece a medida que retiramos material. El bañador embarrado y nuestro sentido del ridículo intacto a plena luz. Esto es lo que ocurre al excavar en un terreno húmedo. ¿Te imaginas lo que supone tunelar bajo el río Támesis, en Londres, por debajo de la cota de mar?

¿Para qué tenemos que excavar bajo el Támesis?

El río Támesis es esencial para Inglaterra y la ciudad de Londres. Es el río más importante y fuente de abastecimiento de su agua potable. El transporte marítimo lleva varios milenios trabajando en buena parte de su longitud, y es una importante fuente de economía y riqueza. Pero también está bastante sucio.

La red de alcantarillado moderna de Londres, aquella que sobrevivió al Gran Hedor, vierte al río aguas grises cuando se desborda. Lo vemos en la Estación de Bombeo del Oeste (Battersea, abajo). El Támesis, sucio, es menos Támesis. De modo que es necesario un cambio, y este viene de la mano del proyecto Tideway.

Fuente: Tideway

Grosso modo, consiste en la excavación de un enorme túnel bajo el recorrido del río Támesis a su paso por la desembocadura de las antiguas esclusas. Así, cuando llueve, en lugar de desbordarse hacia el río, el agua lo hace hacia el túnel. En el esquema del corte que vemos abajo, el círculo bajo el río (derecha) representa el gran desagüe.

Antes del proyecto: las alcantarillas se llenan y se desbordan en el río Támesis. Después del proyecto: El desbordamiento se desviará hacia el túnel en lugar de hacia el río. | Fuente: Tideway.

No todo el proyecto discurre justo bajo el Támesis porque no toda la red antigua de alcantarillado vertía en el pasado al río. Las zonas oeste y este se encuentran sobre terreno seco en el que abunda la roca y materiales más compactos y fáciles de excavar. Por contra, bajo el río la dificultad técnica ha sido enorme.

Soportar las presiones del terreno, literalmente

Antes de mencionar el problema de la humedad que presenta la obra, observemos algo más tangible: cómo luchar contra la presión del terreno cuando realizamos un agujero bajo la superficie.

En el boceto a mano alzada de arriba podemos ver el corte de un canal y un túnel horizontal bajo él. En rojo, la presión atmosférica (P₀) aumenta lentamente a medida que nos sumergimos en el agua (azul). Es el motivo por el que los oídos nos pitan al bucear. A mayor profundidad, mayor presión.

Pero ocurre que la presión en un punto bajo la cota de tierra depende de la densidad de aquello que le rodea. Cuando cambiamos de agua (densidad ≈1000 kg/m³) a arena (≈1500 kg/m³) o roca (≈2700 kg/m³) observamos cómo la presión se dispara de manera abrupta. De nuevo, a mayor profundidad mayor presión.

La excavación del Tideway se realiza entre 30 y 60 metros bajo la superficie, con lo que las presiones del terreno van aumentando a medida que bajamos por el río y el gran desagüe fluye. En el corte del Tideway (arriba, el círculo) podemos ver cómo las presiones en rojo atacan todos los puntos del perímetro del túnel.

Es necesario, por tanto, reforzarlo de modo que estas no superen la capacidad de aguante axial. Para comprender las presiones que tiene que soportar el túnel podemos ver el vídeo de abajo en que una lata herméticamente cerrada desciende a 30 metros bajo el agua. ¡La arena, sedimentos y rocas empujan más!

Tideway Central, y el problema de excavar en zonas húmedas

Hemos abierto el artículo con el ejemplo de qué pasa cuando uno excava por debajo del agua en la playa: el túnel pronto colapsa sobre sí mismo. Pero ocurre que la presión a nivel de playa es muy baja y casi igual a la atmosférica. Apenas hemos bajado a una cota en la que la presión axial tumbe el agujero, pero actúan otros mecanismos que sí lo hacen.

La arena de las paredes cae al fondo. El terreno fluye, incapaz de soportar las cargas laterales, y las capas de sedimento superior ceden al carecer de estabilidad. Todo lo que hay sobre el túnel horadado en el suelo acaba abajo. En la playa, con nuestro cubo, que nuestra obra arquitectónica subterránea ceda no es un problema. Soltamos la pala y corremos a darnos un baño.

Pero cuando hablamos del río Támesis y de las construcciones a su alrededor, e incluimos ingeniería civil, seguridad y vidas humanas el planteamiento del problema cambia completamente. Simplemente, no podemos dejar que el terreno ceda. El túnel tiene que aguantar. Las paredes no pueden fluir.

Tipos de arcilla desenterrada a lo largo de los 25 km del proyecto Tideway. | Fuente: Tideway

Necesitamos que el túnel soporte por sí mismo todas las tensiones sobre él, así como condiciones del terreno como la humedad, la alcalinidad y salinidad del terreno circundante. A 30 o 60 metros de profundidad se juntan todos esos factores:

• una presión axial altísima debido a la alta densidad de los materiales que rodean el túnel;
• una composición de terreno nada compacta y húmeda que fomenta tanto las inundaciones como los desprendimientos;
• un terreno húmedo y alcalino justo bajo el río (de agua dulce) que fomenta la cal y desgasta los materiales;
• un terreno húmedo y salado bajo el túnel debido a la proximidad del agua de mar que corroe los metales;
• los dos últimos factores, además, dan lugar a reacciones redox por diferencias de potencial que deterioran muchos materiales.

En la parte del proyecto que discurre bajo el río es donde se dan, a la vez, todas estas adversidades. No hay apenas roca que ayude a soportar las fuerzas laterales o que sirva de barrera al agua. Las tuneladoras que cavan el túnel  extraen arcilla, arena, ceniza y tiza, materiales blandos que se deshacen y actúan como regueros de aguas subterráneas.

Fuente: Tideway

Esta parte del Tideway, llamada Tideway Central, es precisamente de la que se ha encargado Ferrovial Agroman en su joint venture llamada BTL (Bazalgette Tunnel Limited). La zona más difícil del proyecto.

La logística para hacer posible el Tideway Central

El túnel depende de dos estructuras que resultan indispensables para el proyecto: los accesos verticales y el túnel horizontal. Es decir, un túnel vertical que sirve para bajar materiales de construcción y tuneladoras, y el exceso de aguas grises en un futuro; y el gran desagüe propiamente dicho, que cae con ligera pendiente hacia la desembocadura.

Así se construye una ataguía en el Támesis

Si tu campo no es la ingeniería civil es posible que “ataguía” te diga poco o nada, pero se trata de piezas impresionantes de construcción en agua. Los cimientos de los puentes, la base de las presas o el proyecto Tideway Central necesitaron de estos elementos.

En la imagen de arriba podemos ver el canal del río y sus muros (grises). En marrón oscuro y formando un trapecio que entra al río se muestran grandes pilotes de metal que se hunden en la tierra. Forman una barrera a la humedad mientras la zona central se deseca y cubre con materiales más compactos. Estos vienen por el río en barcazas.

Una vez afianzado el terreno, un segundo cordón de pilotes se entierra, esta vez con forma circular. Esta segunda línea es clave porque el terreno de la ataguía todavía conserva algo de humedad. Llevándolo a la analogía de la playa, es como su pusiéramos planchas de metal vertical para delimitar la obra. Podremos cavar más abajo sin que el terreno ceda usando bombas de achique.

La forma circular será el futuro túnel de acceso vertical, y en principio será usado para el descenso de materiales. En la imagen de abajo podemos ver cómo una grúa va extrayendo poco a poco el material hasta llegar a la cota buscada. Cada cierta altura, los ingenieros se ven obligados a reforzar el pozo por las presiones explicadas arriba. Recordemos: a mayor profundidad, más presión.

Una vez la obra haya sido terminada, la vertical servirá como descenso de aguas grises. Pero no es el final del proyecto. Una vez la construcción esté terminada, la primera línea de pilotes se retira y la segunda queda cubierta, quedando una zona ajardinada para el ocio de los londinenses:

La logística en el túnel horizontal

Tanto las ataguías a lo largo del Támesis como la excavación del túnel se realizaron de manera coordinada. De este modo, a medida que las tuneladoras reptaban lentamente bajo la superficie de Londres, los pozos verticales que iban dando acceso al gran desagüe podían usarse para suministrar el material.

Imaginemos una tuneladora como un tren extraordinariamente lento (de ahí lo de boring machine) que va colocando poco a poco las paredes que luchan contra la presión, el filtrado de aguas, la alcalinidad y acidez del terreno. ¿Recuerdas todos esos problemas del túnel? Estas planchas los solucionan:

Fuente: Tideway

Ferrovial Agroman tuvo que diseñar un sistema de logística que coordinase la fabricación de cada losa a kilómetros de distancia, su acopio, su servido mediante barcaza junto a las ataguías, y el transporte vertical y horizontal hasta la cabeza de la tuneladora.

Todo optimizado para que no hubiese excedente pero que la tuneladora no parase en ningún momento, salvo mantenimiento y reparaciones. Una auténtica obra de arte de la ingeniería moderna que durará siglos en buen estado.